2894 基于S7-200的搬用机械手控制系统设计
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2894
基于S7-200的搬用机械手控制系统设计
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塔里木大学毕业论文（设计）开题报告课题名称 基于S7-200的搬用机 械手控制系统设计 学生姓名 卢 宁 学 号 8011208216 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机械12-2班 指导教师 刘 媛 媛 起止时间 2011.03.152012.5.28 机械电气化工程学院教务办制填 表 说 明一、学生撰写开题报告应包含的内容：1、本课题来源及研究的目的和意义；2、本课题所涉及的问题在国内（外）研究现状及分析；3、对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析；4、本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路；5、完成本课题所必须的工作条件及解决的办法；6、完成本课题的工作方案及进度计划；7、主要参考文献（不少于7篇）。二、本报告必须由承担毕业论文（设计）课题任务的学生在接到“毕业论文（设计）任务书”的两周内独立撰写完成，并交指导教师审阅。三、开题报告要求手写体，字数在3000字以上，由学生在本报告册内填写，页面不够可自行添加A4纸张。四、每个毕业论文（设计）课题须提交开题报告一式三份，一份学生本人留存，一份指导教师存阅，一份学生所在学院存档，备检备查。开题报告正文1、课题来源 工业机械手是一种模仿人体上肢部分功能，按照预定要求输送工件或握持工具进行操作的自动化技术设备，它可以代替手的繁重劳动，改善劳动条件，提高劳动生产率和自动化水平。有着广阔的发展前途。本课题通过PLC自动控制对机械手实现机械手规定动作并实现回原点、手动方式和自动方式三种工作方式的选择，并对系统进行运行效率分析。 2、研究目的和意义机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供 耐用消费品的产业。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。生产水平及科学技术的不断进步与发展带动了整个机械工业的快速发展。现代工业中，生产过程的机械化，自动化已成为突出的主题。然而在机械工业中，加工、装配等生产是不连 续的。单靠人力将这些不连续的生产工序衔接起来，不仅费时而且效率不 高。同时人的劳动强度非常大，有时还会出现失误及伤害。显然，这严重影响制约了整个生产过程的效率和自动化程度。机械手的应用很好的解决了这一情况，它不存在重复的偶然失误，也能有效的避免了人身事故。 在机械工业中，机械手的应用具有以下意义，机械手的应用具有以下意义1、可以提高生产过程的自动化程度 应用机械手，有利于提高材料的传送、工件的装卸、刀具的更换以及机器的装配等的自动化程度，从而可以提高劳动生产率，降低生产成本，加快实现工业生产机械化和自动化的步伐。 2、可以改善劳动条件、避免人身事故 在高温、高压、低温、低压、有灰尘、噪声、臭味、有放射性或有其它毒性污染以及工作空间狭窄等场合中，用人手直接操作是有危险或根本不可能的。而应用机械手即可部分或全部代替人安全地完成作业，大大地 改善了工人的劳动条件。同时，在一些动作简单但又重复作业的操作中，以机械手代替人手进行工作，可以避免由于操作疲劳或疏忽而造成的人身事故。3、可以减少人力，便于有节奏的生产 应用机械手代替人手进行工作，这是直接减少人力的一个侧面，同时由于应用机械手可以连续地工作，这是减少人力的另一个侧面。因此，在自动化机床和综合加工自动生产线上目前几乎都设有机械手，以减少人力和更准确地控制生产的节拍，便于有节奏地进行生产。3、国内外研究现状和发展趋势国内外研究概况国内外研究概况、水平和发展趋势水平和发展趋势、应用前景： 目前国内机械手主要用于机床加工、铸锻、热处理等方面，数量、品种、性能方面都不能满足工业生产发展的需要。所以，在国内主要是逐步扩大应用范围，重点发展铸造、热处理方面的机械手，以减轻劳动强度，改善作业条件，在应用专用机械手的同时，相应的发展通用机械手，有条件的还要研制示教式机械手、计算机控制机械手和组合机械手等。同时要提高速度，减少冲击，正确定位，以便更好的发挥机械手的作用。此外还应大力研究伺服型、记忆再现型，以及具有触觉、视觉等性能的机械手，并考虑与计算机连用，逐步成为整个机械制造系统中的一个基本单元。 国外机械手在机械制造行业中应用较多，发展也很快。目前主要用于机床、横锻压力机的上下料，以及点焊、喷漆等作业，它可按照事先指定的作业程序来完成规定的操作。国外机械手的发展趋势是大力研制具有某种智能的机械手。使它具有一定的传感能力，能反馈外界条件的变化，作相应的变更。如位置发生稍许偏差时，即能更正并自行检测，重点是研究视觉功能和触觉功能。目前已经取得一定成绩。目前世界高端工业机械手均有高精化，高速化，多轴化，轻量化的发展趋势。定位精度可以满足微米及亚微米级要求，运行速度可以达到3M/S，量新产品达到6轴，负载2KG的产品系统总重已突破100KG。更重要的是将机械手、柔性制造系统和柔性制造单元相结合，从而根本改变目前机械制造系统的人工操作状态。同时，随着机械手的小型化和微型化，其应用领域将会突破传统的机械领域，而向着电子信息、生物技术、生命科学及航空航天等高端行业发展。4、本课题的主要研究内容及拟采取的技术路线、试验方案本课题研究主要内容及基本过程是在深入调查研究的基础上，根据实际基于PLC机械手的应用及目前国内外研究成果，进行理论分析，分析已有各类机械手模型及产品，研究机械手不同工作需要，进一步实现机械手的规定动作并实现回原点。利用所建立的模拟机械手典型实例进行分析，讨论模型合理性。在此基础上进行基于PLC编程设计可靠性指标分析智能系统的设计。本课题研究具体安排如下。1. 查阅相关资料，进行资料的收集与整理工作。2. 完成整体研究方案。与指导教师进行方案讨论，完善研究方案。3. 充分分析机械手按规定回原点的方式，研究机械手不同情况下回原点的效率模式。4. 完成理论建模；进行典型实例分析；进行基于PLC机械手系统模拟指标分析智能系统的设计。5. 论文定稿。本设计要求采用PLC对机械手系统进行控制，主要内容包括：(1) 了解电厂气力除灰装置的结构、特点、工艺过程及其对控制系统的要求；(2) 对电气控制系统进行总体方案设计，对设计方案的可行性进行论证；(3) PLC控制系统的硬件设计，包括PLC选型、I/O分配表、外部接线图等；(4) PLC控制系统的软件设计，包括设计思路、流程图、梯形图等；(5) 实现PLC与上位机的通信，以对控制系统进行监控。(6) 完成系统的设计与调试，编写设计说明书。5、主要设计要求和参数该机械手需要有一个绕竖轴的旋转，一个横轴方向的移动，一个竖轴方向的移动，一个手爪的抓取和放开动作。1、 旋转动作。旋转角度范围为270；2、 竖轴移动。竖轴移动范围0-750mm；3、 横轴移动。横轴移动范围0-750mm；末端执行结构。气动的手爪，能实现对工件的夹紧和放松，能抓起2kg的重物。6、预期达到的目标及进度安排（1）预期达到的目标本研究课题主要研究目标是，在建立PLC自动控制机械手的基础上进行基于是否按规定方式回原点的模型。主要研究内容包括按手动方式或自动方式不同情况下回原点的模式，建立分析其正常运行下的效率模型。利用所建立的模型进行典型实例进行分析，讨论不同方式下效率的合理性。进行基于PLC的机械手中性价比较高的选取。（2）进度安排本课题研究共安排15周，具体时间分配参见下表。1.第12周 查阅相关文献，撰写开题报告，初步确定大致方案。 2.第36周 确定方案,初步完成相关设计。 3.第710周 完善有关细节设计，编写设计说明书。 4.第1112周 整理资料，检查设计及任务说明书。 5.第13周 制作PPT，准备答辩。7、参考文献1 三菱公司FX2n系列PLC软、硬件手册.20032 徐益清.可编程序控制器应用技术.西安: 西安电子科技大学出版社.20093 梁耀光、余文休.电工新技术教程.北京:中国社会劳动保障出版社.20074 吴晓梅、钟福金.可编程序控制器.南京:东南大学出版社.20055 张凤珊主编.电气控制及可编程控制器.第2版.北京:中国轻工业出版社.20036 常斗南主编.可编程序控制器原理、应用、实验. 北京：机械工业出版社.19977 廖常初主编.PLC基础及应用.第2版.北京: 机械工业出版社.20088 陈建明.电气控制与PLC应用. 北京: 电子工业出版社.2006.89 (PLC之家)10 廖常初 PLC基础及应用北京:机械工业出版社，2004.11 王兆义可编程序控制器教程北京:机械工业出版社 2005. 13S7-200 PLC编程及应用/廖常初主编. 北京:机械工业出版社 200712 S7-200PLC编程原理与工程实训/李辉主编. 北京:北京航空航天大学出版 14 S7-200 PLC原理与实用开发指南/李艳杰 , 等 编著. 北京:机械工业出 版社 20
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